A. Применение интерференции
Применение интерференции в технике
Явление интерференции широко используют для создания различных измерительных и контролирующих устройств.
1. Существуют специальные приборы — интерферометры, действие которых основано на явлении интерференции. Их назначение — точное измерение длин волн, показателей преломления, коэффициентов линейного расширения и др.
Действие всех интерферометров основано на одном и том же принципе, и интерферометры различаются лишь конструктивно. На рисунке 17.12 представлена упрощенная схема интерферометра Майкельсона.
Монохроматический пучок света от источника S падает под углом 45° на плоскопараллельную пластинку Р1. Сторона пластинки, удаленная от S, покрыта тонким слоем серебра с таким расчетом, что он половину светового пучка пропустит, а половину отразит (полупрозрачная пластинка), т.е. здесь луч разделяется на две части: луч 1 отражается от посеребренного слоя, луч 2 проходит через него. Луч 1 отражается от зеркала М1 и, возвращаясь обратно, вновь проходит через пластинку P1 (луч 1'). Луч 2 идет к зеркалу М2, отражается от него, возвращается обратно и отражается от пластинки P1 (луч 2'). Так как первый луч проходит пластинку Р1 дважды, то для компенсации возникшей разности хода на пути второго луча ставится пластинка Р2 (точно такая же, как и P1 только не покрытая слоем серебра).
Лучи 1' и 2' когерентны, следовательно, будет наблюдаться интерференция, результат которой зависит от оптической разности хода луча 1 от точки О до зеркала M1 и луча 2 от точки О до зеркала М2. При перемещении одного из зеркал на расстояние \(\frac{\lambda}{4}\) разность хода обоих лучей изменится на \(\frac{\lambda}{2},\) и в интерференционной картине максимум сдвинется на место минимума, и наоборот, т.е. интерференционный максимум сдвинется на половину расстояния между полосами. Такой сдвиг полос наблюдатель отчетливо увидит. Следовательно, по незначительному смещению интерференционной картины можно судить о малом перемещении одного из зеркал и использовать интерферометр для достаточно точных (-10-9 м) измерений длин (длины тел, длины световой волны, определений температурного коэффициента линейного расширения и др.).
2. Используя явление интерференции, можно оценить качество обработки поверхности изделия с точностью до 10-6 см. Для этого нужно создать тонкую клиновидную прослойку воздуха между поверхностью образца и очень гладкой эталонной пластинкой. Неровности поверхности вызовут заметные искривления интерференционных полос, образующихся при отражении света от проверяемой поверхности и нижней границы эталонной пластинки. На рисунке 17.13 приведены наблюдаемые интерференционные картины при отступлении от требуемой точности обработки и при достижении необходимой точности обработки плоской поверхности детали Д.
3. Просветление оптики. Отполированная поверхность стекла отражает около 4% перпендикулярно падающего на нее света. Современные оптические приборы состоят из большого числа оптических стекол — линз, призм и т.д. Поэтому общие потери света в объективе фотоаппарата составляют около 25%, в микроскопе — 50% и т.д. В результате освещенность изображения получается малой, ухудшается также качество изображения.
Часть светового пучка после многократного отражения от внутренних поверхностей все же проходит через оптический прибор, но рассеивается и уже не участвует в создании четкого изображения, а на фотографии образуется "вуаль".
Для уменьшения световых потерь на поверхность оптического стекла на-носят тонкую пленку с абсолютным показателем преломления nп, меньшим, чем абсолютный показатель преломления стекла nс (рис. 17.14). При отражении света от границ раздела воздух—пленка и пленка—стекло возникает интерференция когерентных волн 1 и 2. Толщину пленки h и показатель преломления nп подбирают так, чтобы интерферирующие волны гасили друг друга. Считая, что свет падает нормально \(~(\alpha = 0)\) и учитывая, что потеря полуволны происходит на обеих поверхностях, так как nс > nп > nвозд, будем иметь \(2n_nh = \frac{(2m + 1)\lambda}{2}\) и при \(~m = 0,\) \(2n_nh = \frac{\lambda}{2}.\) Откуда \(h = \frac{\lambda}{(4n_n)}\) В результате гашения отраженных волн происходит усиление волны, которая проходит в стекло.
Так как обычно на поверхность стекла падает белый свет, то осуществить гашение отраженных волн всех частот невозможно. Толщину пленки подбирают так, чтобы полное гашение имело место для волн средней части спектра (зеленый цвет).
Гашение красных и фиолетовых частей спектра происходит незначительно. Поэтому объектив с просветленной оптикой имеет сиреневатый оттенок.
4. Явление интерференции используется для получения высокоотражающих покрытий. В этом случае используют тонкую пленку толщиной \(h = \frac{\lambda}{2n_n}\) из материала, абсолютный показатель преломления которого nп больше абсолютного показателя преломления стекла nп. В этом случае отражение от передней грани происходит с потерей полуволны, так как nп>nвозд, а отраженные от задней границы — без потери полуволны. В результате \(\Delta = \lambda\) и отраженные волны усилят друг друга.
Литература
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 511-513.
